白酒糖化发酵机理

本文格式为Word版，下载可任意编辑——白酒糖化发酵机理第四章白酒糖化发酵机理

第一节与白酒生产有关的酶类

本节主要介绍白酒生产中有关酶类的来源、作用方式及作用条件，以便白酒酿造工在实际工作中参考。

一、淀粉酶类

淀粉酶也称淀粉水解酶，它是能分解淀粉糖苷键的一类酶的总称。包括α-淀粉酶、糖化

酶、异淀粉酶、麦芽糖酶等。

（一）α-淀粉酶

1、来源

产生α-淀粉酶的主要菌类是细菌和霉菌。例如枯草芽孢杆菌、马铃薯杆菌、溶淀粉芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、假单胞杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、以及米曲霉、白曲霉、黑曲霉、根霉等。

在以麸皮为主要原料进行固态曲的培养时，碳氮比对产酶的影响不大明显；在微酸性条件下产酶较稳定，就枯草芽孢杆菌而言，产酶的最适品温为37℃，品温达45℃时，产酶能力就降低。若使用枯草芽孢杆菌生产α-淀粉酶酶制剂时，则寻常采用液态发酵法。

2、别名及作用方式

α-淀粉酶，因其生成产物的还原末端葡萄糖单位的C1为α-构型，故名；又称液化淀粉酶，因它能使淀粉糊化物的粘度迅速降低；因其能快速将淀粉切割为大、小糊精，故又名淀粉糊精酶或淀粉糊精化酶；由于它很简单将淀粉长链从内部切成短链的糊精，而对外侧的α-1,4键不易切割，故又名内切型淀粉酶；由于它不能切割α-1,6键，也不能分解紧靠于α-1,6键的α-1,4键，故又名淀粉-1,4-糊精酶。

α-淀粉酶作用于直链淀粉（链淀粉），将α-1,4键不规则地切割为短链糊精后，糊精被继续酶解，最终产物为13%的葡萄糖及87%的麦芽糖。但实际上若单靠α-淀粉酶的作用，则从糊精转化为糖的过程是十分缓慢的，在它还未将糊精全部变成糖之前，糊精早已污染杂菌而变质了。因此，寻常由α-淀粉酶与葡萄糖淀粉酶及异淀粉酶等酶共同作用，或采取―接力‖的方式将淀粉进行分解，则可达到预期的目的。而实际上白酒生产中各种曲所含的淀粉酶多为复合酶，因而能较好地完成糖化作用。

α-淀粉酶作用于支链淀粉（胶淀粉）时，同样任意切割α-1,4键，而留下含α-1,6键的所

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谓界限糊精，最终产物为界限糊精、麦芽糖和葡萄糖。

由于α-淀粉酶作用于以氧桥连结的糖苷键C1—O—C4的裂解是在C1—O之间进行的，故生成产物的还原末端葡萄糖单位C1碳原子为α-构型。

还有一类α-淀粉酶的作用结果是生成较多的还原糖，对淀粉水解率达75%，故称为糖化型—淀粉酶。

3、α-淀粉酶的作用条件

α-淀粉酶的作用机制及条件等特性如表4-1所示。

表4-1α-淀粉酶的作用机制及条件作用机制酶的来源淀粉水解限度/%35主要水解产物糊精、30%麦芽糖、6%葡萄糖41%葡萄糖、58%麦芽糖、麦芽三糖、糊精糊精、麦芽糖、葡萄糖50%麦芽糖50%麦芽糖50%麦芽糖50%麦芽糖96%葡萄糖糊精、麦芽糖碘反应消失点分解限度/%13作用条件耐热性/℃(15min)65~80适合pH5.4~6.0Ca2+保护作用＋枯草芽孢杆菌(液化型)枯草芽孢杆菌(糖化型)枯草芽孢杆菌(耐热型)米曲霉一般黑曲霉黑曲霉(耐酸型)根霉拟内孢霉卵孢霉702555~704.8~5.2－354848484896371316161616501475~9055~7055~7055~7050~6035~5050~704.9~5.24.9~5.24.03.65.45.6＋＋＋－＋＋＋注：枯草芽孢杆菌（液化型）及拟内孢霉对麦芽糖有分解力，其余菌无分解能力；卵孢霉、拟内孢霉、枯草芽孢杆菌（耐热型）及枯草芽孢杆菌（液化型）对淀粉有吸附性，其余菌无吸附性。

（二）糖化酶1、别名及作用方式

糖化酶是习惯上的简称，其系统名为淀粉α-1,4-葡聚糖葡萄糖水解酶；或称作α-1,4-葡萄糖苷酶、糖化型淀粉酶、葡萄糖淀粉酶。

该酶能自淀粉的还原性末端将葡萄糖单位一个一个地切割下来。在水解到支链淀粉的分支点时，一般先将α-1,4键断开，可再继续水解。即糖化酶对底物的专一性不很强，它除了能切开α-1,4键外，也能切开α-1,6键和α-1,3键，只是对这3种键的水解速度不同，如表

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4-2所示。故此酶在理论上能将支链淀粉全部分解为葡萄糖，并在水解过程中也能起转位作用，产物为β-葡萄糖。表4-2用黑曲霉糖化酶水解双糖速度双糖麦芽糖黑曲霉糖异麦芽糖2、来源

产生糖化酶的微生物几乎全部是霉菌，其中主要为黑曲霉、根霉、内孢霉及红曲霉。比较而言，米曲霉的α-淀粉酶活力较强，而糖化酶活力较弱。黑曲霉则α-淀粉酶活力较低，而糖化酶活力较强；由于黑曲霉的转移葡萄糖苷酶的活力也较强，故作用的结果往往残留较多异麦芽糖等非发酵性糖。根霉、拟内孢霉及红曲霉的α-淀粉酶活力弱，糖化酶活力强，转移葡萄糖苷酶活力弱，故几乎能100%地水解淀粉。

当固态培养根霉时，麸皮是最好的原料。根霉喜湿，例如根霉菌AS3042以麸皮为原料，加水130%，使含水量在64%以上，曲室相对湿度为90%时，在30℃下培养30h，则糖化酶活力可达最高值：1g绝干麸曲，可糖化20g淀粉生产葡萄糖，DE值达97%

3、作用条件

各个菌株所产糖化酶的作用条件略有区别。例如AS3.4309黑曲霉产的糖化酶，其最适作用温度为60℃；在该温度下，最适作用pH为3.5~5.0是耐酸型的。

（三）异淀粉酶1、别名及其作用方式

异淀粉酶的最初含义是指一种能分解淀粉分子中―异麦芽糖‖键的特别淀粉酶。其特点是能切开支链淀粉型多糖的α-1,6-葡萄糖苷键，故又名脱支链淀粉酶或淀粉α-1,6-糊精酶。它能将支链淀粉的整个侧链切下变为分子较小的直链淀粉。很明显，异淀粉酶也是属于作用淀粉分子内部键的酶。它也能作用界限糊精的α-1,6键。

2、来源

产生该酶的多为细菌类的杆菌。例如产气杆菌、蜡状芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌，以及某些假单胞杆菌。霉菌、酵母菌、某些放线菌也能产异淀粉酶，但产酶的

α-键1,4-1,3-1,6-水解速度/mg葡萄糖·(u·h)-12.3×10-12.3×10-18.3×10-1相对速度/%1006.63.63

能力差异很大。

3、作用条件

异淀粉酶的作用适温为45~50℃，适合pH为6~7。由于支链淀粉被切端多具有还原能力，故开始作用时淀粉的还原性能也增加。但随着切支作用的进行，淀粉对碘的呈色反应则由红变蓝，这种呈色反应的变化，浮现了直链淀粉的特性，这与其他淀粉酶分解淀粉时的变化正好相反，因此不能误认为该酶有合成淀粉的作用。该酶也不能单独作用于淀粉而水解成单糖或二糖，而只有与α-淀粉酶及糖化酶等共同作用时才能将淀粉转化为较多量的糖。

（四）β-淀粉酶1、别名及其作用方式

该酶从淀粉分子的非还原性末端，作用于1,4糖苷键依次切下一个个麦芽糖。但它不作用于支链分支点的1,6键，也不能绕过1,6键去切去分支点内侧的1,4键。故此酶若单独作用于支链淀粉的结果，除产生麦芽糖外，还产生β-界限糊精。所以，β-淀粉酶又名外切型淀粉酶或淀粉-1,4-麦芽糖苷酶。

该酶在切下麦芽糖的同时，发生瓦尔登转位反应（Wadeninversion），将α-构型的麦芽糖转位变为β-构型，故名β-淀粉酶。

因此，β-淀粉酶不能使淀粉分子迅速变小，不易使淀粉的粘度下降，糊精化得程度也参差不齐；作用过程中的碘显色反应也只能由深蓝变浅蓝，寻常不会变为红色或无色。

2、来源

β-淀粉酶广泛存在于高等植物中，如大麦、麸皮、甘薯等；也存在于巨大芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、吸水链霉菌及某些假单胞杆菌中。

3、作用条件

β-淀粉酶是一种耐热性能较差、作用较缓慢的糖化型淀粉酶。其作用的适温为60~62℃，适合pH为5.0~5.3。

（五）麦芽糖酶1、别名及作用方式

麦芽糖酶又名α-葡萄糖苷酶。此酶能将麦芽糖迅速分解为2个葡萄糖。寻常认为，麦芽糖酶对酒精发酵影响较大，麦芽糖酶活力越高，则酒精发酵率越高。

2、来源

存在于大麦芽中，酵母菌及大多曲霉中也均含有此酶，其含量高低按菌种而异。3、作用条件

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酵母菌的麦芽糖酶的最适作用温度为40℃，最适pH为6.75~7.25；曲霉的麦芽糖酶的最适作用温度为47~55℃，最适pH为4.0。

（六）转移葡萄糖苷酶

此酶又称葡萄糖苷转移酶，简称转苷酶。这是一种不利于白酒发酵的酶，因其作用是将由麦芽糖等水解下来的一分子的葡萄糖，转移给作为―受体‖的另一分子葡萄糖或麦芽糖，生成寻常被认为非发酵性的异麦芽糖或潘糖，致使出酒率下降。

该酶大多由黑曲霉产生。因此，在筛选制取麸曲等的糖化酶菌种时，应尽可能地挑拣产这种酶最少的菌株。

（七）磷酸酯酶

该酶能将磷酸于醇式羟基结合成酯的磷酸糊精，水解成葡萄糖，并释放出磷酸，使原来不能被酵母菌等直接利用的有机磷得以利用。此酶还具有极明显的液化力。

磷酸酯酶的最适作用温度为57℃左右，最适pH为5.5~6.0。黑曲霉等微生物能产此酶。

二、蛋白酶类

蛋白酶按其作用的不同pH值可分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶及碱性蛋白酶。与白酒生产有关的为酸性蛋白酶、中性蛋白酶及介于两者之间的酸性—中性蛋白酶。

（一）酸性蛋白酶

因该酶的作用最适pH在2~5内，故名。该酶与动物的胃蛋白酶和凝乳酶的性质相像，在pH升高时酶活力很快丧失。

能产该酶的微生物主要为米曲霉、黑曲霉和根霉等。（二